【Nginx】实现负载均衡、限流、缓存、黑白名单和灰度发布，这是最全的一篇了！（建议收藏）

喜欢ヅ旅行 2021-09-07 07:48 179阅读 0赞

**大家好，我是冰河~~**

在《[【高并发】面试官问我如何使用Nginx实现限流，我如此回答轻松拿到了Offer！][Nginx_Offer]》一文中，我们主要介绍了如何使用Nginx进行限流，以避免系统被大流量压垮。除此之外，Nginx还有很多强大的功能，例如：负载均衡、缓存、黑白名单、灰度发布等。今天，我们就来一起探讨Nginx支持的这些强大的功能！

## Nginx安装 ##

**注意：这里以CentOS 6.8服务器为例，以root用户身份来安装Nginx。**

### 1.安装依赖环境 ###

yum -y install wget gcc-c++ ncurses ncurses-devel cmake make perl bison openssl openssl-devel gcc* libxml2 libxml2-devel curl-devel libjpeg* libpng* freetype* autoconf automake zlib* fiex* libxml* libmcrypt* libtool-ltdl-devel* libaio libaio-devel  bzr libtool

### 2.安装openssl ###

wget https://www.openssl.org/source/openssl-1.0.2s.tar.gz
    tar -zxvf openssl-1.0.2s.tar.gz
    cd /usr/local/src/openssl-1.0.2s
    ./config --prefix=/usr/local/openssl-1.0.2s
    make
    make install

### 3.安装pcre ###

wget https://ftp.pcre.org/pub/pcre/pcre-8.43.tar.gz
    tar -zxvf pcre-8.43.tar.gz
    cd /usr/local/src/pcre-8.43
    ./configure --prefix=/usr/local/pcre-8.43
    make
    make install

### 4.安装zlib ###

wget https://sourceforge.net/projects/libpng/files/zlib/1.2.11/zlib-1.2.11.tar.gz
    tar -zxvf zlib-1.2.11.tar.gz
    cd /usr/local/src/zlib-1.2.11
    ./configure --prefix=/usr/local/zlib-1.2.11
    make
    make

### 5.安装Nginx ###

wget http://nginx.org/download/nginx-1.17.2.tar.gz
    tar -zxvf nginx-1.17.2.tar.gz
    cd /usr/local/src/nginx-1.17.2
    ./configure --prefix=/usr/local/nginx-1.17.2 --with-openssl=/usr/local/src/openssl-1.0.2s --with-pcre=/usr/local/src/pcre-8.43 --with-zlib=/usr/local/src/zlib-1.2.11 --with-http_ssl_module
    make
    make install

**这里需要注意的是：安装Nginx时，指定的是openssl、pcre和zlib的源码解压目录，安装完成后Nginx配置文件的完整路径为：/usr/local/nginx-1.17.2/conf/nginx.conf。**

## Nginx负载均衡配置 ##

### 1.负载均衡配置 ###

http { 
           ……
        upstream real_server { 
           server 192.168.103.100:2001 weight=1;  #轮询服务器和访问权重
           server 192.168.103.100:2002 weight=2;
        }
     
        server { 
            listen  80;
     
            location / { 
                proxy_pass http://real_server;
            }
        }
    }

### 2.失败重试配置 ###

upstream real_server { 
       server 192.168.103.100:2001 weight=1 max_fails=2 fail_timeout=60s;
       server 192.168.103.100:2002 weight=2 max_fails=2 fail_timeout=60s;
    }

意思是在fail\_timeout时间内失败了max\_fails次请求后，则认为该上游服务器不可用，然后将该服务地址踢除掉。fail\_timeout时间后会再次将该服务器加入存活列表，进行重试。

## Nginx限流配置 ##

### 1.配置参数 ###

limit\_req\_zone指令设置参数

limit_req_zone $binary_remote_addr zone=mylimit:10m rate=10r/s;

*  limit\_req\_zone定义在http块中，$binary\_remote\_addr表示保存客户端IP地址的二进制形式。
 *  Zone定义IP状态及URL访问频率的共享内存区域。zone=keyword标识区域的名字，以及冒号后面跟区域大小。16000个IP地址的状态信息约1MB，所以示例中区域可以存储160000个IP地址。
 *  Rate定义最大请求速率。示例中速率不能超过每秒10个请求。

### 2.设置限流 ###

location / { 
            limit_req zone=mylimit burst=20 nodelay;
            proxy_pass http://real_server;
    }

burst排队大小，nodelay不限制单个请求间的时间。

### 3.不限流白名单 ###

geo $limit { 
    default              1;
    192.168.2.0/24  0;
    }
     
    map $limit $limit_key { 
    1 $binary_remote_addr;
    0 "";
    }
     
    limit_req_zone $limit_key zone=mylimit:10m rate=1r/s;
     
    location / { 
            limit_req zone=mylimit burst=1 nodelay;
            proxy_pass http://real_server;
    }

上述配置中，192.168.2.0/24网段的IP访问是不限流的，其他限流。

IP后面的数字含义：

*  24表示子网掩码:255.255.255.0
 *  16表示子网掩码:255.255.0.0
 *  8表示子网掩码:255.0.0.0

## Nginx缓存配置 ##

### 1.浏览器缓存 ###

静态资源缓存用expire

location ~*  .(jpg|jpeg|png|gif|ico|css|js)$ { 
       expires 2d;
    }

Response Header中添加了Expires和Cache-Control,

**静态资源包括（一般缓存）**

*  普通不变的图像，如logo，图标等
 *  js、css静态文件
 *  可下载的内容，媒体文件

**协商缓存（add\_header ETag/Last-Modified value）**

*  HTML文件
 *  经常替换的图片
 *  经常修改的js、css文件
 *  基本不变的API接口

**不需要缓存**

*  用户隐私等敏感数据
 *  经常改变的api数据接口

### 2.代理层缓存 ###

//缓存路径，inactive表示缓存的时间，到期之后将会把缓存清理
    proxy_cache_path /data/cache/nginx/ levels=1:2 keys_zone=cache:512m inactive = 1d max_size=8g;
     
    location / { 
        location ~ \.(htm|html)?$ { 
            proxy_cache cache;
            proxy_cache_key    $uri$is_args$args;     //以此变量值做HASH，作为KEY
            //HTTP响应首部可以看到X-Cache字段，内容可以有HIT,MISS,EXPIRES等等
            add_header X-Cache $upstream_cache_status;
            proxy_cache_valid 200 10m;
            proxy_cache_valid any 1m;
            proxy_pass  http://real_server;
            proxy_redirect     off;
        }
        location ~ .*\.(gif|jpg|jpeg|bmp|png|ico|txt|js|css)$ { 
            root /data/webapps/edc;
            expires      3d;
            add_header Static Nginx-Proxy;
        }
    }

在本地磁盘创建一个文件目录，根据设置，将请求的资源以K-V形式缓存在此目录当中，KEY需要自己定义（这里用的是url的hash值），同时可以根据需要指定某内容的缓存时长，比如状态码为200缓存10分钟，状态码为301，302的缓存5分钟，其他所有内容缓存1分钟等等。  
可以通过purger的功能清理缓存。

AB测试/个性化需求时应禁用掉浏览器缓存。

## Nginx黑名单 ##

### 1.一般配置 ###

location / { 
        deny  192.168.1.1;
        deny 192.168.1.0/24;
        allow 10.1.1.0/16;
        allow 2001:0db8::/32;
        deny  all;
    }

### 2. Lua+Redis动态黑名单(OpenResty) ###

**安装运行**

yum install yum-utils
    yum-config-manager --add-repo https://openresty.org/package/centos/openresty.repo
    yum install openresty
    yum install openresty-resty
    查看
    yum --disablerepo="*" --enablerepo="openresty" list available
    运行
    service openresty start

**配置(/usr/local/openresty/nginx/conf/nginx.conf)**

lua_shared_dict ip_blacklist 1m;
     
    server { 
        listen  80;
     
        location / { 
            access_by_lua_file lua/ip_blacklist.lua;
            proxy_pass http://real_server;
        }
    }

**lua脚本（ip\_blacklist.lua）**

local redis_host    = "192.168.1.132"
    local redis_port    = 6379
    local redis_pwd     = 123456
    local redis_db = 2
     
    -- connection timeout for redis in ms.
    local redis_connection_timeout = 100
     
    -- a set key for blacklist entries
    local redis_key     = "ip_blacklist"
     
    -- cache lookups for this many seconds
    local cache_ttl     = 60
     
    -- end configuration
     
    local ip                = ngx.var.remote_addr
    local ip_blacklist      = ngx.shared.ip_blacklist
    local last_update_time  = ip_blacklist:get("last_update_time");
     
    -- update ip_blacklist from Redis every cache_ttl seconds:
    if last_update_time == nil or last_update_time < ( ngx.now() - cache_ttl ) then
     
      local redis = require "resty.redis";
      local red = redis:new();
     
      red:set_timeout(redis_connect_timeout);
     
      local ok, err = red:connect(redis_host, redis_port);
      if not ok then
        ngx.log(ngx.ERR, "Redis connection error while connect: " .. err);
      else
        local ok, err = red:auth(redis_pwd)
        if not ok then
          ngx.log(ngx.ERR, "Redis password error while auth: " .. err);
        else
            local new_ip_blacklist, err = red:smembers(redis_key);
            if err then
                ngx.log(ngx.ERR, "Redis read error while retrieving ip_blacklist: " .. err);
            else
            ngx.log(ngx.ERR, "Get data success:" .. new_ip_blacklist)
              -- replace the locally stored ip_blacklist with the updated values:
                ip_blacklist:flush_all();
              for index, banned_ip in ipairs(new_ip_blacklist) do
                ip_blacklist:set(banned_ip, true);
              end
              -- update time
              ip_blacklist:set("last_update_time", ngx.now());
          end
        end
      end
    end
     
    if ip_blacklist:get(ip) then
      ngx.log(ngx.ERR, "Banned IP detected and refused access: " .. ip);
      return ngx.exit(ngx.HTTP_FORBIDDEN);
    end

## Nginx灰度发布 ##

### 1.根据Cookie实现灰度发布 ###

根据Cookie查询version值，如果该version值为v1转发到host1，为v2转发到host2，都不匹配的情况下转发到默认配置。

upstream host1 { 
       server 192.168.2.46:2001 weight=1;  #轮询服务器和访问权重
       server 192.168.2.46:2002 weight=2;
    }
     
    upstream host2 { 
       server 192.168.1.155:1111  max_fails=1 fail_timeout=60;
    }
     
    upstream default { 
       server 192.168.1.153:1111  max_fails=1 fail_timeout=60;
    }
     
    map $COOKIE_version $group { 
       ~*v1$ host1;
       ~*v2$ host2;
       default default;
    }
     
    lua_shared_dict ip_blacklist 1m;
     
    server { 
        listen  80;
     
        #set $group "default";
        #if ($http_cookie ~* "version=v1"){ 
        # set $group host1;
        #}
        #if ($http_cookie ~* "version=v2"){ 
        # set $group host2;
        #}
     
        location / { 
            access_by_lua_file lua/ip_blacklist.lua;
            proxy_pass http://$group;
        }
    }

### 2.根据来路IP实现灰度发布 ###

server { 
      ……………
      set $group default;
      if ($remote_addr ~ "192.168.119.1") { 
          set $group host1;
      }
      if ($remote_addr ~ "192.168.119.2") { 
          set $group host2;
      }

### 3.更细粒度灰度发布 ###

参考：[https://github.com/sunshinelyz/ABTestingGateway][https_github.com_sunshinelyz_ABTestingGateway]

**好了，今天就到这儿吧，我是冰河，大家有啥问题可以在下方留言，也可以加我微信：sun\_shine\_lyz，我拉你进群，一起交流技术，一起进阶，一起进大厂~~**

[Nginx_Offer]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg3MzE1NTIzNA==&mid=2247485388&idx=1&sn=0854d3f9b4527fd84af970261ec6e2e7&chksm=cee51801f992911732661cce665c967777e11d6ff53c82dbf2600382f37733a0982f60c47ea8&token=515857896&lang=zh_CN#rd
[https_github.com_sunshinelyz_ABTestingGateway]: https://github.com/sunshinelyz/ABTestingGateway